تعويم الخام

إن الخامات المستخرجة من المعادن غير الحديدية تكون عادة رديئة ومعظمها عبارة عن صخور نفايات. ومن الطرق الرئيسية لتخصيب الخامات التعويم. وتعتمد هذه الطريقة على الاختلاف في قابلية الجسيمات للبلل.

التعويم هو أحد طرق إثراء المعادن، والذي يعتمد على اختلاف قدرة العناصر على البقاء على سطح الطور البيني (الواجهة بين وسطين)، بسبب اختلاف الطاقات السطحية النوعية. وبسبب هذه الخصائص المميزة، تنقسم جزيئات العناصر المعدنية إلى نوعين:

• الجسيمات الكارهة للماء هي تلك التي لا تبتل بالماء بشكل جيد، أي أنها تميل إلى تجنب ملامسته. ومن أمثلة مظاهر الخواص الكارهة للماء سلوك الماء المتجمع على أوراق الأشجار أو العشب (الشكل 1). حيث يأخذ الماء شكلًا مستديرًا ويبقى ساكنًا، أي أنه لا ينتشر، كما يحدث عادةً. ويحدث الشيء نفسه مع جسيمات المعادن والخامات التي خضعت لعمليات السحق والطحن. وتظهر هذه الجسيمات، التي توجد غالبًا في المحاليل السائلة، خواصها الكارهة للماء من خلال محاولة الاتحاد مع جزيئات الهواء أو الغازات الأخرى من أجل الطفو على السطح وتقليل طاقتها.
• محبة للماء – جزيئات يتم ترطيبها جيدًا بالماء عندما تكون في المحاليل والمعلقات.

وبالتالي، تميل الجسيمات الكارهة للماء إلى الارتباط بجزيئات الهواء، أو بالأحرى، بفقاعات الهواء، من أجل الطفو على السطح - تُستخدم هذه الخاصية في فصل المكونات المعدنية. ومع ذلك، فإن الالتصاق بفقاعات الهواء ليس العملية الوحيدة التي يمكن من خلالها للجسيمات الكارهة للماء التخلص من الطاقة الزائدة. تتمتع الزيوت المختلفة بخصائص مماثلة. سيطفو الزيت المسكوب في كوب من الماء على السطح لأن الزيت أيضًا مركب كاره للماء.

إثراء الخام عن طريق التعويم

تختلف طرق التعويم حسب نوع الواجهة التي يتم إنشاؤها لفصل مكونات الخام. وهي:

• تعويم النفط: خلط الخام المسحوق بالنفط والماء، مما يؤدي إلى طفو معادن الكبريتيد، التي لا يتم تبليلها جيدًا بالماء، على السطح.
• التعويم بالرغوة . التعويم الذي تمر فيه فقاعات الهواء عبر خليط من الجسيمات والماء، وبعد ذلك تتشكل رغوة مشبعة بالمكونات التي يتم تعويمها على السطح. ثم يتم فصل هذه الرغوة عن السائل ثم تجفيفها.

لإجراء عملية التعويم الرغوي، يجب سحق الخام إلى 0.1-0.2 مم.

ومع ذلك، لا تتمتع جميع مكونات الخام الثمينة بكراهية كافية للماء للاستخراج. وعلى العكس من ذلك، قد تتمتع عناصر العروق بكراهية للماء أكثر وضوحًا من مكونات الخام الثمينة. ولهذا الغرض، توجد مركبات كيميائية خاصة تسمى الكواشف. الكواشف هي مواد تزيد أو تقلل من خصائص الجسيمات الكارهة للماء/المحبة للماء. اعتمادًا على خصائصها، تنقسم الكواشف إلى الفئات التالية:

• المجمعات هي المواد التي يتم امتصاصها على سطح المعدن والتي يجب استخراجها من المحلول (تحويلها إلى رغوة).
• إن المنظمات لها تأثير معاكس، وعلى العكس من ذلك، تعمل على زيادة الخصائص المحبة للماء للجسيمات الفردية، ونتيجة لذلك تصبح هذه الأخيرة غير قادرة على التعويم.
• توفر عوامل الرغوة الاستقرار للرغوة المعدنية.
• الكواشف المنشطة هي الكواشف التي تخلق الظروف التي تساعد على التصاق المجمعات بسطح المعادن.
• الكواشف المثبطة هي الكواشف المستخدمة لمنع كراهية المعادن للماء بواسطة المجمعات. وهي مصممة لزيادة انتقائية التعويم عند فصل المعادن ذات خصائص التعويم المماثلة.

تعتبر كواشف التعويم مواد خام باهظة الثمن. للتحكم التلقائي في وضع الكواشف لعملية التعويم، من الضروري تحديد المحتوى الكمي للعناصر المختلفة في اللب في الوقت الفعلي. لهذه المهام، يتم استخدام محلل الأشعة السينية للتدفق ARP-1C ، والذي يمكنه تحديد تركيز العناصر من Ca إلى U في خط أنابيب اللب.

تلعب عمليات التعويم دورًا مهمًا للغاية في إثراء خامات العناصر المختلفة. تتمتع عملية التعويم الرغوي بأكبر قدر من الكفاءة، ولهذا السبب أصبحت الأكثر انتشارًا.

قبل التخصيب بالتعويم، يتم سحق الخام في مطاحن خاصة، مما يحول الخام إلى شحنة تتكون من جزيئات خام قيمة وصخور نفايات. للتعويم عالي الجودة، من الضروري اختيار درجة السحق التي تضمن فصلًا كاملاً بدرجة كافية للمعادن. يتم فصل الحبيبات التي يبلغ حجمها 0.1-0.04 مم بشكل أفضل عن طريق التعويم. يتم فصل الجسيمات الأصغر بشكل أسوأ، والجسيمات الأصغر من 5 ميكرون تعوق تعويم الجسيمات الأكبر. يتم تقليل التأثير السلبي للجسيمات ذات الحجم الميكروني بواسطة كواشف محددة. يتم تمزيق الجسيمات الكبيرة (1-3 مم) بعيدًا عن الفقاعات أثناء التعويم ولا يتم تعويمها.

في المرحلة الأولى من التعويم، يتم خلط الخام المسحوق بالماء في غرفة الخلط، لتشكيل عجينة (خليط من جزيئات الخام والصخور المهدرة في الماء). وفي الوقت نفسه، يتم إضافة مادة تعويم إلى الغرفة، والتي تبلل جزيئات الخام الثمينة فقط، ولكن ليس الصخور المهدرة.

يدخل اللب بعد ذلك إلى آلة التعويم، والتي يتم تزويدها بالهواء باستخدام مضخة.

عندما تطفو الفقاعات الهوائية، تلتقي بحبيبات الخام الثمينة وحبيبات الصخور الثمينة. وعندما تلتقي جسيمات الخام الثمينة المغطاة بطبقة من مادة التعويم بفقاعة هواء، يتدحرج الماء، دون أن يبلل المادة، عن سطح الجسيم ويقترب الجسيم من الفقاعة (يلتصق بها).

حبيبات الصخور المهدرة مبللة بالماء ولا تلتصق بها. تطفو فقاعات الهواء مع الخام الثمين، مكونة رغوة مع الخام الثمين. يسمى المجموع المكون من الجسيمات الصلبة والفقاعات الهوائية (أو أي غاز) بالرغوة الهوائية .

ثم يدخل اللب إلى خزان الترسيب حيث تستقر جزيئات الخام المهدر، وتنتقل الرغوة مع الخام القيم إلى حاوية الاستقبال. وفيها تنفجر فقاعات الهواء ويستقر الخام القيم في القاع.

كما يستخدم التعويم لتنقية المياه من المواد العضوية (الزيت والشحوم) والبكتيريا ورواسب الملح المتفرقة بدقة وما إلى ذلك. كما يستخدم هذا النوع من الإثراء في الصناعات الغذائية والكيميائية وغيرها لتنقية مياه الصرف الصناعي وتسريع الترسيب وفصل المعلقات الصلبة واستحلاب المواد وما إلى ذلك.

يتم تحسين طريقة التعويم باستمرار بالطرق التالية:

• تركيب أنواع جديدة من كواشف التعويم؛
• تصميم آلات التعويم؛
• استبدال الهواء بغازات أخرى (الأكسجين، النيتروجين)؛
• تنفيذ أنظمة التحكم في معلمات الطور السائل لعجينة التعويم.

يتيح التعويم استخدام رواسب الخام المنتشرة بدقة في الإنتاج الصناعي ويضمن الاستخدام الشامل للمعادن.